DE4431947A1

DE4431947A1 - Fluid flow engine for particle containing medium - has wall surfaces formed to direct medium flow in regions of higher rotary fluid flow

Info

Publication number: DE4431947A1
Application number: DE4431947A
Authority: DE
Inventors: Soenke Brodersen; Peter Hergt
Original assignee: KSB AG; Klein Schanzlin and Becker AG
Current assignee: KSB AG; Klein Schanzlin and Becker AG
Priority date: 1993-09-25
Filing date: 1994-09-08
Publication date: 1995-03-30

Abstract

A fluid flow engine is operated by particle containing mediums and has one or more impellers located in a housing, with chamber located between impeller and housing. The wall surfaces (6,7) of these chambers (12,13) before and/or after a seal (10,11) have a shape, which directs completely or partly the medium flow near the walls in regions of higher rotary fluid flow. The wall surfaces have a ring face or ring (17) in the axial direction of which the end area has several short shovels or slots (19) on the rotary wall face. The ring and the slots work together.

Description

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine zur Förderung von mit festen Partikeln beladenen Medien, mit einem oder mehreren innerhalb eines Gehäuses angeordneten Laufrädern.The invention relates to a fluid flow machine for conveying media loaded with solid particles, with one or more impellers arranged within a housing.

Derartige Strömungsmaschinen, wobei es sich um Pumpen, Turbinen, Pumpturbinen oder dergleichen handeln kann, finden in den unterschiedlichsten Gebieten der Technik Anwendung. Es ist seit langem das Bestreben der Konstrukteure, bei Maschinen, die einem Materialverschleiß durch abrasive Partikeln ausgesetzt sind, deren Standzeiten zu verbessern.Such turbomachines, which are pumps, Turbines, pump turbines or the like can be found in the most diverse areas of technology application. It is has long been the desire of the designers, for machines that exposed to material wear due to abrasive particles are to improve their service life.

Erste Maßnahmen dazu sind im allgemeinen die Verwendung von besonders harten und verschleißbeständigen Werkstoffen. Als besonders verschleißempfindliche Bereiche zum Beispiel bei Kreiselpumpen haben sich die Radseitenräume und die in diesem Bereich befindlichen Dichtungen erwiesen. Tritt durch einen Materialverschleiß eine Vergrößerung der Spalte der Dichtungen auf, so entstehen erhöhte hydraulische Verluste und als Folge davon ein verringerter Wirkungsgrad. Des weiteren entstehen dadurch bei mehrstufigen Maschinen starke Schwingungen, die bis zum Ausfall des Aggregates führen können.The first measures in general are the use of particularly hard and wear-resistant materials. When particularly wear-sensitive areas, for example Centrifugal pumps have the wheel side spaces and those in it Area seals are proven. Kick through one Material wear an enlargement of the column of the seals on, there are increased hydraulic losses and as a result of which a reduced efficiency. Furthermore arise this causes strong vibrations in multi-stage machines, which up to can lead to failure of the unit.

Durch die EP-B 0 346 677 ist eine Maßnahme bekannt, bei der ein eine Wellenabdichtung aufnehmender Raum und eine Wellenabdichtung selbst vor Verschleiß geschützt werden soll. A measure is known from EP-B 0 346 677 in which a a shaft seal receiving space and one Shaft seal itself should be protected from wear.

Der Raum befindet sich hinter dem Laufrad und ist durch eine Spaltdichtung gegenüber dem eigentlichen, einen höheren Druck aufweisenden Radseitenraum getrennt.The room is behind the impeller and is through a Gap seal compared to the actual one, a higher pressure having wheel side space separately.

Durch die DE-OS 22 10 556 ist eine Kreiselpumpe bekannt, bei der mit Hilfe von besonders verschleißbeständigen Gehäuseteilen, wie den Spiralraum und den Laufradseitenraum begrenzenden Schleißplatten, die Standzeit der Maschine verbessert werden soll. Des weiteren kann bei dieser Maschine durch Einspeisung von feststofffreiem Material der Radseitenraum und auch die Dichtung vor verschleißenden Partikeln geschützt werden.A centrifugal pump is known from DE-OS 22 10 556, at with the help of particularly wear-resistant Housing parts, such as the spiral space and the impeller side space limiting wear plates, the service life of the machine should be improved. Furthermore, this machine can by feeding in solid-free material Wheel side space and also the seal before wearing Particles are protected.

Wiederum eine andere Maßnahme zeigt die DE-OS 23 44 576, deren Konstruktion im Bereich der Spaltdichtungen zusätzliche Förderkanäle vorsieht, deren Eintritten eine umlaufende Ringkammer vorgeschaltet ist. Mittels dieser Maßnahme soll in die Spaltdichtung eintretendes Fördermedium von den abrasiven Partikeln befreit werden. Die Partikeln werden in der Ringkammer ausgesondert, durch die Förderkanäle in den Radseitenraum transportiert und das davon befreite Wasser strömt dann im quasi feststofffreien Zustand der eigentlichen Spaltdichtung zu. Diese Maßnahme mag zwar einen gewissen Anfangserfolg zeigen, aber nach einer kurzfristigen Betriebsdauer werden die Förderkanäle in ihrer Wirkung nachlassen. Denn im Bereich des Spalteintrittes wird sich in Verbindung mit nachströmendem Medium eine Konzentrationserhöhung der Partikeln einstellen und damit der Verschleiß beschleunigt.Another measure shows the DE-OS 23 44 576, whose Construction in the area of the gap seals additional Provides funding channels, the entrances of which are circulating Annular chamber is connected upstream. By means of this measure in fluid entering the gap seal from the abrasive Particles are freed. The particles are in the annulus separated, through the conveyor channels in the wheel side space transported and the freed water then flows in the quasi solid-free state of the actual gap seal to. This measure may have some initial success show, but after a short period of operation the Subsidy channels are less effective. Because in the area of Crevice entry is associated with inflowing Medium to increase the concentration of the particles and so that the wear accelerates.

Eine andere Maßnahme ist durch die EP-B 0 288 500 bekannt, bei der auf der Außenseite von Laufraddeckscheiben Hilfsschaufeln angebracht sind. Diese Hilfsschaufeln sind aber durch ringförmige Stege unterbrochen und sollen damit den Flüssigkeitsstrom im Radseitenraum reduzieren. Wie aber praktische Versuche gezeigt haben, vermag auch diese Lösung den Verschleiß nicht zu verhindern.Another measure is known from EP-B 0 288 500, at the auxiliary blades on the outside of impeller cover plates are attached. But these auxiliary blades are through ring-shaped webs interrupted and are said to Reduce the fluid flow in the wheel space. But how This solution can also show practical tests Not preventing wear.

Die DE-OS 38 08 598 versucht mit Hilfe einer bestimmten Neigung der Umfangswandfläche des einem Laufrad nachgeordneten Raumes die Standfestigkeit zu erhöhen.DE-OS 38 08 598 tries with the help of a certain inclination the peripheral wall surface of the space downstream of an impeller to increase the stability.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die vorstehend geschilderten Verschleißprobleme grundsätzlich in ihrer Ursache zu verringern bzw. zu beseitigen. Die Lösung dieses Problems sieht vor, daß die die Radseitenräume zwischen Laufradaustritt und Spaltdichtung begrenzenden Wandflächen Gestaltungen aufweisen, deren Form die wandnahe Strömung des Mediums in Bereiche höherer Rotationsbewegung leitet. Es wurde erkannt, daß die abrasiven Partikel immer in der Nähe der stehenden, d. h. der nicht rotierenden Wandflächen radial einwärts wandern. Aufgrund der durch die Radseitenreibung eines Laufrades entstehenden Förderwirkung radial nach außen, welche bei den bekannten Laufrädern durch äußere Hilfsschaufeln noch verstärkt wird, strömt im gleichen Maße partikelhaltiges Medium an den stillstehenden Wandflächen radial einwärts und den Dichtungen zu. Demzufolge sieht die erfindungsgemäße Lösung eine Vermeidung des radial einwärts gerichteten Partikeltransports im Bereich der stillstehenden Begrenzungswände vor und, falls dies nicht vollständig möglich ist, vor den Spaltdichtungen die Überleitung der wandnahen Partikel bzw. einer damit behafteten wandnahen Strömung in einen Bereich höherer Rotationsbewegung des Fördermediums. Aus diesem Bereich sind dann die Partikel problemlos nach außen und von den gefährdeten Wandflächen weg förderbar. In Abhängigkeit von den Leistungsdaten der Strömungsmaschine können die Gestaltungen in bezug auf den Laufradaußenradius auf unterschiedlichen, d. h. für den jeweiligen Verwendungszweck bestgeeigneten Radien angeordnet werden. Dies kann z. B. im Bereich eines Laufradaustrittes, unmittelbar vor einer Spaltdichtung oder einer Wellendichtung, im Bereich dazwischen, aber auch in einem Radseitenraum zwischen Welle und Spaltdichtung angeordnet sein. Die Unteransprüche der Erfindung beschreiben hierzu weitere Ausgestaltungen der Erfindung, die im Zusammenhang mit den einzelnen Figurenbeschreibungen näher erläutert werden.The invention addresses the problem set out above described wear problems basically in their cause to reduce or eliminate. The solution to this problem provides that the wheel side spaces between the impeller outlet and gap seal limiting wall surface designs have, the shape of the flow of the medium near the wall in Directs areas of higher rotational movement. It was recognized that the abrasive particles are always close to the standing, i.e. H. of the non-rotating wall surfaces move radially inwards. Because of the wheel side friction of an impeller arising funding effect radially outwards, which at the known impellers reinforced by external auxiliary blades , particle-containing medium flows to the same extent stationary wall surfaces radially inwards and the seals to. Accordingly, the solution according to the invention sees one Avoiding the radially inward particle transport in the area of the stationary boundary walls before and, if this is not completely possible before the gap seals Transfer of the near-wall particles or a particle associated with them flow close to the wall into an area of higher rotational movement of the medium. The particles are from this area easily to the outside and away from the endangered wall surfaces eligible. Depending on the performance data of the Fluid machine can the designs with respect to the Impeller outer radius on different, d. H. for the the most suitable radii become. This can e.g. B. in the area of an impeller outlet, immediately in front of a gap seal or a shaft seal, in the area in between, but also in a wheel room be arranged between the shaft and the gap seal. The Sub-claims of the invention describe further Embodiments of the invention, which in connection with the individual figure descriptions are explained in more detail.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Hierbei zeigen dieEmbodiments of the invention are in the figures are shown and are described in more detail below. Here show the

Fig. 1 als Beispiel einer Strömungsmaschine eine einstufige Kreiselpumpe mit Spiralgehäuse im Schnitt, die Fig. 1 as an example of a turbomachine a single-stage centrifugal pump with a spiral housing in section, the

Fig. 2 als Strömungsmaschine eine mehrstufige Kreiselpumpe mit den Laufrädern nachgeordneten Leiträdern und die Fig. 2 as a turbomachine, a multi-stage centrifugal pump with the idlers downstream of the impellers and the

Fig. 3 bis 25 Details der Gestaltungen zwischen einer stillstehenden und rotierenden Wandfläche. Fig. 3 to 25 details of the designs between a stationary and rotating wall surface.

In der Fig. 1 ist innerhalb eines Gehäuses 1 ein Laufrad 2 mit einem Außenradius r₂ angeordnet, dessen Schaufeln 3 zwischen einer druckseitigen Laufraddeckscheibe 4 und einer saugseitigen Laufraddeckscheibe 5 angeordnet sind. Diesen gegenüberliegend befinden sich stillstehende Gehäusewandflächen, eine druckseitige 6 und eine saugseitige Gehäusewandfläche 7. Das Laufrad 2 ist von einem Spiralraum 8 umgeben, der mit einem Druckstutzen 9 in Verbindung steht. Aufgrund des Druckgefälles innerhalb der Radseitenräume strömt ein Teil des innerhalb des Gehäuses 1 befindlichen Mediums zur Spaltdichtung 10 im Bereich des Laufradeintritts bzw. zur druckseitigen Spaltdichtung 11 im Bereich einer Wellenabdichtung. Die Radseitenreibung an den Laufraddeckscheiben 4, 5 erzeugt bekanntermaßen eine Strömung in dem druckseitigen Radseitenraum 12 und in dem saugseitigen Radseitenraum 13.In Fig. 1, an impeller 2 with an outer radius r₂ is arranged within a housing 1 , the blades 3 of which are arranged between a pressure-side impeller cover plate 4 and a suction-side impeller cover plate 5 . Opposite these are stationary housing wall surfaces, a pressure-side 6 and a suction-side housing wall surface 7 . The impeller 2 is surrounded by a spiral space 8 , which is connected to a pressure port 9 . Due to the pressure gradient within the wheel side spaces, part of the medium located within the housing 1 flows to the gap seal 10 in the area of the impeller inlet or to the pressure-side gap seal 11 in the area of a shaft seal. As is known, the wheel-side friction on the impeller cover disks 4 , 5 generates a flow in the pressure-side wheel side space 12 and in the suction-side wheel side space 13 .

Hierbei ist die Strömungsbedingung in den verschiedenen Räumen, erklärt am Beispiel der Radseitenräume 12, 13, differenziert zu betrachten. In einem saugseitigen Radseitenraum 13 oder einem dementsprechenden Raum ergibt sich eine Durchströmung infolge des existierenden Druckgefälles. Das Medium strömt also vom Bereich eines höheren Druckes zum Bereich eines niedrigeren Druckes, z. B. bei einer Pumpe vom Laufradaustritt zum Laufradeintritt. Dieser Strömung ist eine Strömung überlagert, die aufgrund der Radseitenreibung zwischen rotierender Fläche und diese benetzendem Medium entsteht. Gleiches gilt für einen druckseitigen Radseitenraum 12 bzw. einem entsprechenden Raum, wenn dort die Möglichkeit für eine Durchströmung durch das Medium gegeben ist. Dies könnte eine Axialschubentlastungsbohrung sein, oder jede andere, eine Durchströmung ermöglichende Öffnung. Für den Fall jedoch, daß keine Durchströmung des Raumes existiert, kommt es dennoch zu einer radial einwärts gerichteten Strömung an einer stehenden Wandfläche. Ursächlich dafür ist dann die Radseitenreibung. Aufgrund dieser entsteht an der rotierenden Fläche eine Strömung mit einer radial auswärts gerichteten Komponente, die zu einer Rückströmung an der stillstehenden Wandfläche, also zu einer Zirkulation, führt. In all den beschriebenen Durchströmungs- oder Zirkulationsfällen strömt das mit abrasiven Partikeln beladene Medium den stillstehenden Flächen folgend radial einwärts.Here, the flow condition in the different rooms, explained using the example of the wheel side rooms 12 , 13 , has to be considered differently. In a suction-side wheel side space 13 or a corresponding space there is a flow due to the existing pressure drop. The medium therefore flows from the area of a higher pressure to the area of a lower pressure, e.g. B. with a pump from the impeller outlet to the impeller inlet. This flow is superimposed on a flow which arises between the rotating surface and the wetting medium due to the wheel side friction. The same applies to a pressure-side wheel side space 12 or a corresponding space if there is the possibility for the medium to flow through it. This could be an axial thrust relief bore or any other flow-through opening. However, in the event that there is no flow through the room, there is still a radially inward flow on a standing wall surface. The cause of this is then the wheel side friction. Because of this, a flow with a radially outward component occurs on the rotating surface, which leads to a backflow on the stationary wall surface, that is to say to a circulation. In all of the flow or circulation cases described, the medium loaded with abrasive particles flows radially inward following the stationary surfaces.

In entsprechender Weise verhält sich dies in der in Fig. 2 gezeigten anderen Ausführungsform einer mehrstufigen Strömungsmaschine. Bei deren Betrieb als Pumpe würde das partikelbehaftete Medium durch die Saugstutzen 14.1, 14.2 den Laufrädern 2.1, 2.2 zuströmen. Im Gegensatz zur Ausführungsform der Fig. 1 weisen die Laufräder 2.1, 2.2 der ersten Stufe nur im Bereich des Wellendurchganges zwischen den einzelnen Stufen eine druckseitige Spaltdichtung auf.This behaves in a corresponding manner in the other embodiment of a multi-stage turbomachine shown in FIG. 2. When operated as a pump, the medium containing particles would flow through the suction ports 14.1 , 14.2 to the impellers 2.1 , 2.2 . In contrast to the embodiment of FIG. 1, the impellers 2.1 , 2.2 of the first stage have a pressure-side gap seal only in the area of the shaft passage between the individual stages.

Nach Verlassen der ersten Laufräder strömt das Medium durch Leiteinrichtungen 15.1, 15.2 und fließt einem zweiflutigen Laufrad 16 einer zweiten Stufe zu. Von dort tritt es in einen Spiralraum 8 ein, von wo aus es über einen Druckstutzen 9 abströmt. Die am Beispiel der Fig. 1 näher beschriebene Umgebung des Laufrades gilt in entsprechender Weise auch für das Ausführungsbeispiel der Fig. 2.After leaving the first impellers, the medium flows through guide devices 15.1 , 15.2 and flows to a double-flow impeller 16 of a second stage. From there it enters a spiral space 8 , from where it flows out via a pressure connection 9 . The environment of the impeller described in more detail using the example of FIG. 1 also applies in a corresponding manner to the embodiment of FIG. 2.

Mit Ausnahme der Fig. 13, 14, 16, 17, 21, 24 und 25 sind die Darstellungen der Fig. 3 bis 23 vom Aufbau her einheitlich. Es handelt sich hier um beispielhafte Gestaltungen zwischen einer jeweils linksseitig als stillstehend angeordneten Wandfläche und einer rechtsseitig rotierend angeordneten Wandfläche. Entsprechend der Fig. 1 wären dies also Gestaltungen, welche im Bereich eines saugseitigen Radseitenraumes 13 Verwendung finden könnten. Die Drehachse für den rotierenden Wandflächenteil befindet sich immer unterhalb der jeweiligen Darstellung. Selbstverständlich würden die hier gezeigten Darstellungen in entsprechender Weise auch für den druckseitigen Radseitenraum 12 gelten, wobei dann aber die Darstellung spiegelverkehrt zu sehen wäre. Der Einfachheit halber beschränkt sich die Beschreibung auf die vorstehend erwähnte Festlegung.With the exception of FIGS. 13, 14, 16, 17, 21, 24 and 25, the representations of FIGS. 3 to 23 are uniform in structure. These are exemplary designs between a wall surface which is arranged on the left-hand side as a stationary surface and a wall surface which is arranged to rotate on the right-hand side. According to FIG. 1, these would be designs that could be used in the area of a suction-side wheel side space 13 . The axis of rotation for the rotating wall surface part is always below the respective representation. Of course, the representations shown here would also apply in a corresponding manner to the pressure-side wheel side space 12 , but in which case the representation would then be seen in reverse. For the sake of simplicity, the description is limited to the definition mentioned above.

In den Fig. 3 bis 8 ist ein an der feststehenden Gehäusewand 7 angebrachter vorspringender Ring 17 zu sehen, dem gegenüber mit einem Spalt 18 die rotierende Laufraddeckscheibe 5 angeordnet ist. Die entlang der feststehenden Gehäusewand 7 radial einwärts wandernde Strömung mit den abrasiven Partikeln wird durch den hier verwendeten Ring 17 in Richtung Laufrad und damit zur rotierenden Laufraddeckscheibe 5 umgelenkt und von dort mit der durch die Radseitenreibung bedingten Strömung nach außen abgeführt.In FIGS. 3 to 8, a mounted on the fixed housing wall 7 projecting ring 17 to see the rotating impeller cover plate 5 is disposed opposite with a gap 18. The flow with the abrasive particles migrating radially inwards along the fixed housing wall 7 is deflected by the ring 17 used here in the direction of the impeller and thus to the rotating impeller cover disk 5 and is discharged from there to the outside with the flow caused by the wheel side friction.

Die Breite t₁des Ringes 17 sollte größer sein als die Hälfte der Radseitenraumbreite b, das heißt t_1/b 0,5. In praktischen Versuchen hat sich als besonders vorteilhaft eine Anordnung des Ringes 17 auf einem relativen Radius r₁ erwiesen, der in Bezug auf den Außenradius r₂ des Laufrades bzw. dessen Laufraddeckscheibe 5 dem Verhältnis r₁/r₂ ungefähr 0,8 entspricht. Die Wirksamkeit ist auch noch auf anderen Radien r₁ feststellbar. Für den Spalt S, als Differenz der Radseitenraumbreite b minus der Breite t₁ des Ringes 17 gilt, daß er nicht kleiner als 2 mm sein darf. Der Spalt hat keinesfalls die Funktion eines Dichtspaltes; ein solcher würde durch hindurchströmende Partikel zerstört werden. Durch die Mindestspaltbreite von 2 mm oder größer, wird innerhalb des Spaltbereiches das Auftreten eines erhöhten Verschleißes verhindert. Dies gibt in entsprechender Weise auch für die Darstellungen in den nachfolgenden anderen Figuren.The width t₁des the ring 17 should be greater than half the wheel side space width b, that is t _{1 / b} 0.5. In practical tests, an arrangement of the ring 17 on a relative radius r 1 has proven to be particularly advantageous, which corresponds to the ratio r 1 / r 2 approximately 0.8 with respect to the outer radius r 2 of the impeller or its impeller cover plate 5 . The effectiveness can also be determined on other radii r 1. For the gap S, the difference between the wheel side space width b minus the width t 1 of the ring 17 is that it must not be less than 2 mm. The gap has no function as a sealing gap; such would be destroyed by particles flowing through it. The minimum gap width of 2 mm or larger prevents increased wear within the gap area. This also applies to the representations in the other figures below.

In der Fig. 4 sind an der rotierenden Laufraddeckscheibe 5 in gleicher Höhe wie der vorstehende Ring 17 und ebenfalls mit geringem Abstand dazu mehrere Schaufeln 19 an der Laufraddeckscheibe angebracht. Die radiale Erstreckung dieser Schaufeln 19 ist gleich oder ungleich der radialen Erstreckung des Ringes. Gemäß Fig. 5 sind die Schaufeln 19 benachbart auf größerem Durchmesser und mit einer größeren radialen Erstreckung an der rotierenden Laufraddeckscheibe 5 befestigt.In FIG. 4, on the rotating impeller cover plate 5 in the same height as the projecting ring 17 and also a plurality of blades mounted to a small distance 19 on the impeller cover plate. The radial extent of these blades 19 is equal to or different from the radial extent of the ring. According to FIG. 5, the blades 19 are attached to the rotating impeller cover disk 5 adjacent to a larger diameter and with a larger radial extent.

Die in den Fig. 3 bis 5 gezeigten strichpunktierten Linien, welche den Ring 17 einschließen, symbolisieren Bereiche unterschiedlicher Neigungen der Ringoberflächen. The dash-dotted lines shown in FIGS . 3 to 5, which enclose the ring 17 , symbolize regions of different inclinations of the ring surfaces.

In Fig. 6 ist an der rotierenden Deckscheibe 5 ein Ring 20 angeordnet, der sich auf größerem Durchmesser als der feststehende Gehäusering 17 befindet. Die dem feststehenden Ring 17 zugekehrte Unterseite des rotierenden Ringes 20 ist mit Schaufeln 19 ausgestattet, die einen Bereich höherer Rotationsbewegung erzeugen und somit die partikelbehaftete wandnahe Strömung zum Laufradaußendurchmesser ablenken. Anstelle der Schaufeln 19 können auch eine Förderwirkung erzeugende Nuten angeordnet werden, die beispielsweise in das Material des Laufrades eingebracht sein können. Bei Paarungen von Ring und Schaufeln bzw. Nuten ist eine Schrägung des Spaltes zwischen beiden vorteilhaft, die eine radial nach außen gerichtete Zwangsbewegung der Partikel bewirkt. Die Schaufeln oder Nuten können sowohl in axialer Richtung und senkrecht zur Umdrehungsrichtung angeordnet sein als auch unter einem bestimmten Winkel zur Achsrichtung, wie es beispielhaft die Fig. 16 und 17 zeigen.In Fig. 6, a ring 20 is arranged on the rotating cover plate 5 , which is located on a larger diameter than the fixed housing ring 17 . The underside of the rotating ring 20 which faces the fixed ring 17 is equipped with blades 19 which generate a region of higher rotational movement and thus deflect the flow close to the particle to the outer diameter of the impeller. Instead of the blades 19 , it is also possible to arrange grooves which produce a conveying action and which can be introduced, for example, into the material of the impeller. When the ring and blades or grooves are paired, an inclination of the gap between the two is advantageous, which causes a radially outward forced movement of the particles. The blades or grooves can be arranged both in the axial direction and perpendicular to the direction of rotation and at a certain angle to the axial direction, as shown by way of example in FIGS. 16 and 17.

Gemäß Fig. 7 ist der rotierende Ring 20 auf kleinerem Durchmesser als der feststehende Ring 17 angeordnet und verfügt über Nuten oder Schaufeln 19 zur Erzeugung einer höheren Rotationsbewegung zwecks Ablenkung der partikelbehafteten wandnahen Strömung. Die Nuten oder Schaufeln 19 sind bezüglich ihrer Förderleistung so bemessen, daß ihre Förderenergie die wandnahe Strömung geringfügig beeinflußt. Sie sind aber so klein, daß sie keine verstärkende Zirkularströmung innerhalb des Radseitenraumes 13 produzieren, was mit den bisher bekannten äußeren Hilfsschaufeln verstärkt der Fall ist.Referring to FIG. 7 of the rotating ring 20 is arranged on a smaller diameter than the fixed ring 17 and has grooves or blades 19 for generating a higher rotational movement in order to deflect the particle-loaded flow near the wall. The grooves or blades 19 are dimensioned in terms of their delivery rate so that their delivery energy slightly influences the flow near the wall. However, they are so small that they do not produce a reinforcing circular flow within the wheel side space 13 , which is increasingly the case with the previously known outer auxiliary blades.

Gemäß der Fig. 8 sind ober- und unterhalb des stillstehenden und vorstehenden Ringes 17 am rotierenden Laufradteil 5 kurze Schaufeln 19.1, 19.2 angeordnet. Die Spalte 21, 22 zwischen dem Ring 17 und den Schaufeln verlaufen in schräger Richtung. According to FIG. 8, above and below the stationary ring 17 and projecting short on the rotating impeller member 5 vanes 19.1, 19.2 arranged. The gaps 21 , 22 between the ring 17 and the blades run in an oblique direction.

Die in den Fig. 5 bis 8 sowie die in den nachfolgenden Figuren gezeigten Schaufeln können auch ganz oder teilweise von deckscheibenförmigen Elementen nach Art eines geschlossenen Laufrades abgedeckt sein.The blades shown in FIGS . 5 to 8 and the blades shown in the following figures can also be completely or partially covered by cover disk-shaped elements in the manner of a closed impeller.

In den Abbildungen der Fig. 9 bis 12 ist der Gehäusering 17 mit einer radial nach außen weisenden Scheibe 23 versehen, die den Ablenkvorgang der partikelbehafteten wandnahen Strömung verstärkt. Des weiteren sind hier die rotierenden Laufrad deckscheiben 5 mit oder ohne kurze Schaufeln 19 ausgestattet. Die Scheibe 23 kann an dem Ring 17 sowohl an dessen Stirnseite als auch in dessen mittlerem Bereich vorgesehen sein.In the illustrations of FIGS. 9 through 12 of the housing ring 17 is provided with a radially outwardly extending disc 23, which increases the deflection operation of the particle-loaded flow near the wall. Furthermore, the rotating impeller cover plates 5 are equipped with or without short blades 19 . The disk 23 can be provided on the ring 17 both on its end face and in its central region.

Die in den Fig. 11 gezeigten strichpunktierten Linien, welche die Scheibe 23 einschließen, symbolisieren auch hier Bereiche unterschiedlicher Neigungen der Scheibenoberflächen.The dash-dotted lines shown in FIG. 11, which enclose the pane 23 , symbolize regions of different inclinations of the pane surfaces.

Die Fig. 13 und 14 zeigen eine Draufsicht auf den gehäusefesten Ring 17, welcher nach der Fig. 13 als ein geschlossener Ring, gemäß der Fig. 14 jedoch auch als ein geteilter Ring ausgebildet sein kann. Die Teilung kann hierbei so gewählt sein, daß mehrere Ringsegmente 17.2 eine Anordnung aufweisen, die gegenüber der Gehäusewand 7 einen schaufelförmigen Verlauf zeigen. Der oder die Mittelpunkte der Ringsegmente 17.2 befinden sich außerhalb des Mittelpunktes der Drehachse, aber verschoben in der zugehörigen vertikalen und/oder horizontalen Schnittebene. Die einzelnen Ringsegmente öffnen sich hierbei im Umdrehungssinne des - nicht dargestellten - Laufrades nach außen. Somit kann eine unterschiedliche Anstellung und damit eine Beeinflussung der Strömung erlangt werden. Der Pfeil zeigt die Laufraddrehrichtung an. Figs. 13 and 14 show a plan view of the housing-fixed ring 17, which according to FIG. 13 as a closed ring, according to the Fig. 14, however, may be formed as a split ring. The division can be chosen so that a plurality of ring segments 17.2 have an arrangement which have a blade-shaped profile with respect to the housing wall 7 . The center point or centers of the ring segments 17.2 are located outside the center point of the axis of rotation, but shifted in the associated vertical and / or horizontal cutting plane. The individual ring segments open outwards in the direction of rotation of the impeller (not shown). A different setting and thus an influence on the flow can thus be achieved. The arrow shows the direction of rotation of the impeller.

Die Fig. 15 zeigt am Beispiel einer saugseitigen Spaltdichtung 10 eine erfindungsgemäße Gestaltung. Ein rotierender Ring 20 ist auf der zum stillstehenden Ring 17 weisenden Seite mit Schaufeln 19 versehen. Statt der Schaufeln können auch eine entsprechende Wirkung erzeugende Nuten Verwendung finden. Hierbei befindet sich der rotierende Teil des Dichtspaltes auf größerem Durchmesser als der stehende Teil und unter Zwischenschaltung eines engen Spaltes. Die Schaufeln 19 oder Nuten können sowohl in axialer Richtung und senkrecht zur Umdrehungsrichtung angeordnet sein als auch unter einem bestimmten Winkel zur Achsrichtung. Fig. 15 shows a design according to the invention the example of a suction gap seal 10. A rotating ring 20 is provided with blades 19 on the side facing the stationary ring 17 . Instead of the blades, grooves that produce a corresponding effect can also be used. Here, the rotating part of the sealing gap is larger in diameter than the standing part and with the interposition of a narrow gap. The blades 19 or grooves can be arranged both in the axial direction and perpendicular to the direction of rotation as well as at a certain angle to the axial direction.

Die in Fig. 15 dargestellte Schnittlinie A-A zeigt in den Fig. 16, 17 die Abwicklungen der Schaufeln 19 oder Nuten in Umfangsrichtung des Laufrades. Dessen Drehrichtung ist dabei durch die Pfeile angegeben.The section line AA shown in FIG. 15 shows in FIGS. 16, 17 the development of the blades 19 or grooves in the circumferential direction of the impeller. The direction of rotation is indicated by the arrows.

Die Fig. 18 bis 20 zeigen Wandflächengestaltungen, bei denen anstelle eines vorstehenden Ringes die Wand selbst über eine Art Ausnehmung 25 verfügt, deren als Abströmkante 26 ausgebildeter Auslauf auf die gegenüberliegende rotierende Laufraddeckscheibe 5 zeigt. Je nach Betrachtungsweise kann diese Wandflächengestaltung auch als eine den Radseitenraum 13 oder 14 verengende Formgebung angesehen werden. Dieser ist dann eine die Umlenkung der partikelbehafteten wandnahen Strömung bewirkende Ausnehmung 25 nachgeordnet. Die Umlenkung der partikelbehafteten wandnahen Strömung entlang der stillstehenden Gehäusewandfläche 7 erfolgt zum Radseitenraum 13 mit darin vorherrschender höherer Rotationsbewegung. Auch hierbei können an den rotierenden Laufraddeckscheiben 5 Schaufeln 19 mit einer geringen radialen Erstreckung angebracht sein, um den ablenkenden Effekt der Partikel in einen Bereich höherer Rotationsenergie zu beschleunigen. Figs. 18 to 20 show wall surface designs in which a protruding ring in place of the wall itself via a type of recess 25 has whose trailing edge 26 formed as a spout points to the opposite rotating impeller cover disc 5. Depending on the point of view, this wall surface design can also be viewed as a shape narrowing the wheel side space 13 or 14 . This is then followed by a recess 25 which effects the deflection of the flow close to the particle and is close to the wall. The flow of particles close to the wall along the stationary housing wall surface 7 is deflected to the wheel side space 13 with the higher rotational movement prevailing therein. Here, too, may be mounted with a small radial extension 19 to the deflecting effect of the particles to accelerate to a range of higher rotational energy to the rotating impeller cover discs 5 blades.

Am Beispiel der Fig. 18 sind die Verhältnisse näher spezifiziert. Der in Fig. 18 angegebene Winkel α sollte 30° nicht überschreiten; für das Verhältnis der Länge l zur Tiefe t₂ der Ausnehmung 25 gilt, daß es den Wert l/t₂ = 3 nicht unterschreiten soll. Die Tiefe t₂ sollte so bemessen sein, daß sie mindestens dem Dreifachen der örtlichen Grenzschichtdicke entspricht. Die Grenzschichtdicke ergibt sich aus den üblichen Rechengängen (z. B. nach Schlichting: Grenzschichttheorie, G. Braun, Karlsruhe 1982). Die Grenzschichtdicke ist hierbei zu einem großen Teil abhängig vom Medium, der Laufraddrehzahl, vom Radius r₁ bzw. r₁¹sowie von der Breite b des Radseitenraumes 13.The situation is specified in more detail using the example of FIG. 18. The angle α indicated in FIG. 18 should not exceed 30 °; for the ratio of the length l to the depth t₂ of the recess 25 applies that it should not fall below the value l / t₂ = 3. The depth t₂ should be such that it corresponds to at least three times the local boundary layer thickness. The boundary layer thickness results from the usual calculations (e.g. according to Schlichting: boundary layer theory, G. Braun, Karlsruhe 1982). The boundary layer thickness is largely dependent on the medium, the impeller speed, the radius r 1 and r 11 as well as the width b of the wheel side space 13 .

Eine andere Form der Beeinflussung der wandnahen Strömung ist in den Fig. 21 bis 25 gezeigt. Zum einen können dies in eine stillstehende Wandfläche 7 eingearbeitete Nuten 27 oder vorspringende Schaufeln 28 sein, die sich in Drehrichtung des Laufrades bzw. der gegenüberliegenden rotierenden Scheibenfläche radial nach außen entwickeln. Sie führen dabei die durch die wandnahe Strömung herangeführten Partikel an der radial nach außen gerichteten Kontur der Nuten 27 oder Schaufeln 28 entlang nach außen. Für den Transport eines Partikelteilchens vom inneren Bereich des Radseitenraumes nach außen sind mehrere Umläufe innerhalb des Radseitenraumes erforderlich, bis es innerhalb einer Spirale oder einer Leiteinrichtung abgeführt werden kann.Another form of influencing the flow near the wall is shown in FIGS. 21 to 25. On the one hand, these can be grooves 27 or protruding blades 28 , which are machined into a stationary wall surface 7 and develop radially outward in the direction of rotation of the impeller or the opposite rotating disk surface. They guide the particles brought in by the flow near the wall along the radially outward contour of the grooves 27 or blades 28 along the outside. For the transport of a particle from the inner area of the wheel side space to the outside, several cycles within the wheel side space are required until it can be discharged within a spiral or a guide device.

Gemäß der Fig. 24 ist eine Art sägezahnförmige Gestaltung der stillstehenden Gehäusewandfläche 7 vorgenommen worden, wobei der flache Anstieg 29 der Kontur sich in Drehrichtung der rotierenden Wandfläche 5 erstreckt. Mit Hilfe dieser Maßnahme werden die Partikel immer wieder von der stehenden Wand abgestoßen und gelangen in Bereiche mit einer höheren örtlichen Rotationsgeschwindigkeit des Mediums, um somit nach mehreren Umläufen wieder den Radseitenraum 13 oder 14 verlassen zu können. Die Fig. 25 zeigt eine Draufsicht auf eine derartig gestaltete Wandfläche 7.According to FIG. 24, a kind of sawtooth-shaped design of the stationary housing wall surface 7 has been made, the flat rise 29 of the contour extending in the direction of rotation of the rotating wall surface 5 . With the help of this measure, the particles are repelled again and again from the standing wall and reach areas with a higher local rotational speed of the medium, in order to be able to leave the wheel side space 13 or 14 again after several rotations. Fig. 25 shows a top view of a such-shaped wall surface 7.

Claims

1. turbomachine which is loaded with particle-containing media, in particular for conveying media loaded with solid particles with one or more impellers arranged within a housing and wheel side spaces located between impellers and housings, characterized in that wall surfaces ( 6 , 7 ) the wheel side spaces ( 12 , 13 ) before and / or after a seal ( 10 , 11 , 11.1 , 11.2 ), have designs, the shape of which guides the currents of the medium close to the wall in whole or in part in areas of higher rotational movement of the conveying medium.

2. Turbomachine according to claim 1, characterized in that on the stationary housing wall surfaces ( 6 , 7 ) an axially projecting ring surface or a ring ( 17 ) is arranged.

3. Turbomachine according to claim 2, characterized in that opposite the end region of the ring surface or the ring ( 17 ) on the rotating wall surface ( 4 , 5 ) several short blades or grooves ( 19 ) are attached.

4. Turbomachine according to claim 2, characterized in that the annular surface or the ring ( 17 ) cooperates with a on the rotating wall surface ( 4 , 5 ) arranged on a larger or smaller diameter, bladed or grooved annular surface ( 1 ) or ring ( 20 ) .

5. Turbomachine according to claims 1 to 4, characterized in that the annular surface or the ring ( 17 ) is provided with a projecting disk element ( 23 ) extending in the radial direction.

6. Turbomachine according to claim 5, characterized in that a plurality of short blades ( 19 ) or grooves are arranged opposite the region of the disc element ( 23 ) on the rotating wall surface ( 4 , 5 ).

7. Turbomachine according to claim 2, characterized in that the ring surface or the ring ( 17 ) consists of several segments ( 17.2 ), the center of each segment ( 17.2 ) being arranged outside the axis of rotation.

8. Turbomachine according to claim 1 or 2, characterized in that on the rotating ring ( 20 ) grooves or blades ( 19 ) run obliquely to the axis of rotation.

9. Turbomachine according to claim 1, characterized in that in the stationary wall surface ( 6 , 7 ) an annular recess ( 25 ) is formed, the transition between the recess ( 25 ) and the stationary wall surface ( 6 , 7 ) with a trailing edge ( 26 ) is provided.

10. Turbomachine according to claim 9, characterized in that opposite the trailing edge ( 26 ) on the rotating wall surface ( 4 , 5 ) several short blades ( 19 ) or grooves are attached.

11. Turbomachine according to one or more of claims 1 to 10, characterized in that on the stationary wall surface ( 6 , 7 ) a plurality of grooves ( 27 ) and / or blades ( 28 ) are attached, which are radial in the direction of rotation of the opposite rotating wall surface develop to the outside.

12. Turbomachine according to one or more of claims 1 to 11, characterized in that the stationary wall surface ( 6 , 7 ) is provided with outwardly developing, a flat rising surface ( 29 ) having grooves.